حقوق الصورة: ESO
اكتشف فريق من علماء الفلك نجمًا عاديًا يقوم بتمريره عن قرب مع الثقب الأسود الهائل الذي يتربص في مركز مجرتنا درب التبانة. في أقرب اقتراب ، كان النجم على بعد 17 ساعة ضوئية فقط من الثقب الأسود (ثلاث أضعاف المسافة من الشمس إلى بلوتو). تم جمع صور المنطقة على مدى 10 سنوات باستخدام نظام البصريات التكيفية في مرصد بارانال للمرصد الجنوبي الأوروبي.
لاحظ فريق دولي من علماء الفلك [2] ، بقيادة باحثين في معهد ماكس بلانك للفيزياء خارج الأرض (MPE) ، بشكل مباشر نجمًا عاديًا يدور حول الثقب الأسود الهائل في مركز مجرة درب التبانة.
لقد توجت عشر سنوات من القياسات المضنية بسلسلة من الصور الفريدة التي تم الحصول عليها بواسطة أداة البصريات التكيفية (AO) NAOS-CONICA (NACO) [3] على تلسكوب VLT YEPUN الذي يبلغ طوله 8.2 متر في مرصد ESO Paranal Observatory. اتضح أن النجم اقترب في وقت سابق من هذا العام من الثقب الأسود المركزي في غضون 17 ساعة ضوئية - فقط ثلاث مرات المسافة بين الشمس وكوكب بلوتو - أثناء السفر في ما لا يقل عن 5000 كم / ثانية.
قدمت القياسات السابقة لسرعات النجوم بالقرب من مركز درب التبانة وانبعاث الأشعة السينية المتغير من هذه المنطقة أقوى دليل حتى الآن على وجود ثقب أسود مركزي في مجرتنا المنزلية ، وبشكل ضمني ، أن الكتلة المظلمة من المحتمل أن تكون التركيزات الموجودة في العديد من نوى المجرات الأخرى أيضًا ثقوبًا سوداء هائلة. ومع ذلك ، لم يكن من الممكن بعد استبعاد العديد من التكوينات البديلة.
في ورقة بحثية ظهرت في مجلة الأبحاث Nature في 17 أكتوبر 2002 ، أبلغ الفريق الحالي عن نتائجه المثيرة ، بما في ذلك الصور عالية الدقة التي تسمح بتتبع ثلثي مدار النجم المسمى "S2". وهي حاليًا أقرب نجم يمكن ملاحظته لمصدر الراديو المدمج ومرشح الثقب الأسود الضخم "SgrA *" ("القوس أ") في مركز مجرة درب التبانة. الفترة المدارية هي أكثر بقليل من 15 سنة.
تستبعد القياسات الجديدة بثقة عالية أن الكتلة المظلمة المركزية تتكون من مجموعة من النجوم غير العادية أو الجسيمات الأولية ، ولا تترك الكثير من الشك في وجود ثقب أسود فائق الكتلة في مركز المجرة التي نعيش فيها.
الكوازار والثقوب السوداء
منذ اكتشاف الكوازارات (مصادر الراديو شبه النجمية) في عام 1963 ، بحث علماء الفيزياء الفلكية عن تفسير لإنتاج الطاقة في هذه الأجسام الأكثر إضاءة في الكون. توجد الكوازارات في مراكز المجرات ، ويعتقد أن الطاقة الهائلة المنبعثة من هذه الأجسام ترجع إلى سقوط المادة على ثقب أسود فائق الكتلة ، مما يؤدي إلى إطلاق طاقة الجاذبية من خلال الإشعاع الشديد قبل أن تختفي هذه المادة إلى الأبد في الحفرة (في مصطلحات الفيزياء: "يتجاوز أفق الحدث" [4]).
لشرح إنتاج الطاقة المذهل من النجوم الزائفة وغيرها من المجرات النشطة ، يحتاج المرء إلى تخمين وجود ثقوب سوداء مع كتل من مليون إلى عدة مليارات من كتلة الشمس. تراكمت الكثير من الأدلة خلال السنوات الماضية لدعم نموذج "الثقب الأسود المتراكم" المذكور أعلاه للكوازارات وغيرها من المجرات ، بما في ذلك الكشف عن تركيزات الكتلة المظلمة في مناطقها المركزية.
ومع ذلك ، فإن البرهان الذي لا لبس فيه يتطلب استبعاد جميع تكوينات الثقب الأخرى الممكنة غير السوداء لتركيز الكتلة المركزية. لهذا ، من الضروري تحديد شكل مجال الجاذبية قريبًا جدًا من الجسم المركزي - وهذا غير ممكن للكوازارات البعيدة بسبب القيود التكنولوجية للتلسكوبات المتاحة حاليًا.
مركز درب التبانة
يقع مركز مجرتنا درب التبانة في التركيب الجنوبي القوس (آرتشر) وعلى بعد 26000 سنة ضوئية فقط [5]. في الصور عالية الدقة ، من الممكن تمييز آلاف النجوم الفردية داخل المنطقة المركزية التي تمتد سنة ضوئية واحدة (وهذا يعادل حوالي ربع المسافة إلى "بروكسيما سنتوري" ، النجم الأقرب إلى النظام الشمسي) .
باستخدام حركات هذه النجوم لاستكشاف مجال الجاذبية ، الملاحظات باستخدام تلسكوب التكنولوجيا الجديد 3.5 متر (NTT) في مرصد ESO La Silla (تشيلي) (وبعد ذلك في تلسكوب كيك 10 م ، هاواي ، الولايات المتحدة الأمريكية) فوق أظهر العقد الماضي أن كتلة تبلغ حوالي 3 ملايين مرة من كتلة الشمس تتركز داخل دائرة نصف قطرها 10 أيام ضوئية فقط [5] من مصدر الراديو المضغوط والأشعة السينية SgrA * ("القوس A") في المركز من الكتلة النجمية.
وهذا يعني أن SgrA * هو النظير الأكثر احتمالًا للثقب الأسود المفترض ، وفي الوقت نفسه ، يجعل مركز المجرة أفضل دليل على وجود مثل هذه الثقوب السوداء الهائلة. ومع ذلك ، لم تستطع هذه التحقيقات السابقة استبعاد عدة تكوينات أخرى غير الثقب الأسود.
يوضح راينهارد جينزيل ، مدير معهد ماكس بلانك للفيزياء خارج الأرض: "احتجنا بعد ذلك على صور أكثر وضوحًا لتسوية مسألة ما إذا كان أي تكوين بخلاف الثقب الأسود ممكنًا وقد اعتمدنا على تلسكوب ESO VLT لتوفير هذه". MPE) في Garching بالقرب من ميونيخ (ألمانيا) وعضو الفريق الحالي. "صك NAOS-CONICA (NACO) الجديد ، الذي تم بناؤه بتعاون وثيق بين معهدنا ، معهد ماكس بلانك للفلك (MPIA: هايدلبرغ ، ألمانيا) ، ESO ومراصد Paris-Meudon و Grenoble (فرنسا) ، كان مجرد ما نحتاجه لاتخاذ هذه الخطوة الحاسمة إلى الأمام ".
ملاحظات NACO لمركز درب التبانة
تم تثبيت جهاز NACO الجديد [3] في أواخر عام 2001 في تلسكوب YEPUN VLT 8.2 م. بالفعل خلال الاختبارات الأولية ، أنتجت العديد من الصور المثيرة للإعجاب ، والتي كان بعضها موضوعًا لبيانات صحفية سابقة لـ ESO [6].
يقول أندرياس إيكارت من جامعة كولونيا: "الملاحظات الأولى لهذا العام مع NACO أعطتنا على الفور أكثر الصور عمقًا و" أعمق "لمركز درب التبانة على الإطلاق ، والتي تظهر عددًا كبيرًا من النجوم في تلك المنطقة بتفاصيل كبيرة. عضو آخر في الفريق الدولي برئاسة راينر شيل ديل ، توماس أوت ورينهارد جينزل من MPE. "لكننا ما زلنا نطغى على النتائج الرائعة لتلك البيانات!"
من خلال الجمع بين صور الأشعة تحت الحمراء وبيانات الراديو عالية الدقة ، تمكن الفريق من تحديد - خلال فترة عشر سنوات - مواقع دقيقة جدًا لنحو ألف نجمة في المنطقة المركزية فيما يتعلق بمصدر الراديو المضغوط SgrA * ، انظر PR Photo 23 ج / 02.
"عندما أدرجنا أحدث بيانات NACO في تحليلنا في مايو 2002 ، لم نتمكن من تصديق أعيننا. النجم S2 ، وهو الأقرب حاليًا إلى SgrA * ، قام للتو بتأرجح سريع بالقرب من مصدر الراديو. لقد أدركنا فجأة أننا كنا نشهد بالفعل حركة نجم في مدار حول الثقب الأسود المركزي ، مما جعله قريبًا بشكل لا يصدق من هذا الجسم الغامض "، كما يقول توماس أوت سعيدًا جدًا ، والذي يعمل الآن في فريق MPE على أطروحة الدكتوراه .
في مدار حول الثقب الأسود المركزي
لم يتم تسجيل أي حدث مثل هذا من أي وقت مضى. تظهر هذه البيانات الفريدة بشكل لا لبس فيه أن S2 يتحرك على مدار مدار بيضاوي الشكل مع SgrA * في تركيز واحد ، أي أن S2 يدور حول SgrA * مثل الأرض تدور حول الشمس ، راجع. اللوحة اليمنى من PR Photo 23c / 02.
كما تسمح البيانات الرائعة بتحديد دقيق للمعلمات المدارية (الشكل والحجم وما إلى ذلك). اتضح أن S2 وصلت إلى أقرب مسافة لها من SgrA * في ربيع عام 2002 ، حيث كانت في ذلك الوقت على بعد 17 ساعة ضوئية [5] فقط من مصدر الراديو ، أو 3 أضعاف مسافة Sun-Pluto فقط. ثم كانت تتحرك بسرعة تزيد عن 5000 كم / ثانية ، أو ما يقرب من مائتي ضعف سرعة الأرض في مدارها حول الشمس. الفترة المدارية هي 15.2 سنة. المدار ممدود إلى حد ما - الانحراف هو 0.87 - مما يشير إلى أن S2 يبعد حوالي 10 أيام ضوئية عن الكتلة المركزية في أبعد نقطة مدارية [7].
"يمكننا الآن أن نثبت بشكل مؤكد أن SgrA * هو بالفعل موقع الكتلة المظلمة المركزية التي عرفنا بوجودها. والأهم من ذلك ، أن بياناتنا الجديدة "تقلصت" بعدة آلاف من الحجم الذي تحتوي عليه عدة ملايين من الكتل الشمسية "، كما يقول راينر شيل ، طالب الدكتوراه في MPE ، وكذلك المؤلف الأول للورقة الناتجة.
في الواقع ، تشير حسابات النموذج الآن إلى أن أفضل تقدير لكتلة الثقب الأسود في مركز درب التبانة هو 2.6؟ 0.2 مليون ضعف كتلة الشمس.
لا توجد احتمالات أخرى
وفقًا للتحليل التفصيلي المقدم في مقالة الطبيعة ، يمكن الآن استبعاد التكوينات الأخرى الممكنة سابقًا ، مثل مجموعات مضغوطة جدًا من النجوم النيوترونية ، أو ثقوب سوداء ذات حجم نجمي أو نجوم ذات كتلة منخفضة ، أو حتى كرة من النيوترينوات الثقيلة المفترضة.
التكوين الوحيد غير القابل للحياة الوحيد الذي لا يزال قابلاً للتطبيق هو نجم افتراضي للجسيمات الأولية الثقيلة تسمى البوزونات ، والتي ستبدو مشابهة جدًا للثقب الأسود. يقول راينهارد جينزل: "مع ذلك ، حتى لو كان مثل هذا النجم البوزوني ممكنًا من حيث المبدأ ، فإنه سينهار بسرعة إلى ثقب أسود فائق الضخامة على أي حال ، لذلك أعتقد أننا قد نجحنا في حل القضية!"
الملاحظات التالية
"سيقبل معظم علماء الفيزياء الفلكية أن البيانات الجديدة تقدم دليلاً مقنعًا على وجود ثقب أسود فائق الكتلة في مركز درب التبانة. هذا يجعل الأمر أكثر ترجيحًا للتفسير الهائل للثقب الأسود للتركيز الهائل للكتلة المظلمة المكتشفة في مركز العديد من المجرات الأخرى "، كما يقول Alvio Renzini ، عالم برنامج VLT في ESO.
إذن ما الذي يجب عمله؟ المهمة الكبيرة التالية الآن هي فهم متى وكيف تشكلت هذه الثقوب السوداء الهائلة ولماذا يبدو أن كل مجرة ضخمة تقريبًا تحتوي على واحدة. يبدو أن تكوين الثقوب السوداء المركزية والمجرات المضيفة نفسها مشكلة واحدة واحدة على نحو متزايد. في الواقع ، أحد التحديات البارزة التي يتعين على VLT حلها في السنوات القليلة القادمة.
هناك أيضًا القليل من الشك في أن عمليات المراقبة المتداخلة القادمة مع الأدوات في مقياس التداخل VLT (VLTI) ومنظار التلسكوب الكبير (LBT) ستؤدي أيضًا إلى قفزة عملاقة أخرى في هذا المجال المثير للبحث.
أندرياس إيكارت متفائل: "ربما سيكون من الممكن حتى مع الأشعة السينية والملاحظات الراديوية في السنوات القليلة القادمة لإثبات وجود أفق الحدث بشكل مباشر."
المصدر الأصلي: نشرة إسو الإخبارية
